Tecnologia della formulazione dei prodotti alimentari

CASO STUDIO: PRODUZIONE DI GELATO

Nella materia prima i globuli di grasso sono avvolti dalle proteine presenti nel latte, e questo

porta a una buona protezione dalla coagulazione. Nella formulazione è prevista l’aggiunta di

agenti emulsionanti, che conferiscono una protezione più blanda, che quindi genera instabilità.

Tuttavia questa maggiore instabilità dovuta all’aggiunta di emulsionanti è positiva, perché porta

alla coalescenza di alcuni globuli di grasso che stabilizzano le bolle d’aria, proteggendole.

Questo viene confermato anche da un’indagine microscopica: le particelle che hanno subito una

parziale coalescenza proteggono la fase aria.

Disproporzionamento delle particelle secondo il meccanismo di Ostwald Ripening

Il disproporzionamento delle particelle è un fenomeno che porta a un continuo aumento delle

dimensioni delle particelle a scapito delle più piccole.

Questo fenomeno dipende molto da:

Caratteristiche della fase olio

 Presenza di alcool nella fase acquosa.



Questo fenomeno infatti si manifesta molto nei liquori cremosi.

I metodi per ritardare il disproporzionamento di Ostwald Ripening dono diversi, i primi 2 sono

di interfaccia e l’altro di formulazione:

• Ridurre la tensione interfacciale

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• Aumentare la resistenza di membrana

• Ridurre la solubilità dell’olio in acqua.

Conclusioni

L’instabilità delle emulsioni può essere dovuta a diversi fattori, abbiamo visto nello specifico la

separazione gravitazionale, la coalescenza e il disproporzionamento. I meccanismi di instabilità

possono avvenire anche contemporaneamente e l’intervento tecnologico va a controllare il

fenomeno di instabilità dominante. Solitamente agisco riducendo le dimensioni della fase

dispersa, oppure cambiando densità o viscosità dell’emulsione.

Emulsionanti e stabilizzanti

La stabilità delle emulsioni può essere raggiunta utilizzando 2 categorie di additivi:

 Emulsionanti: abbassano la tensione interfacciale mediante la creazione di un film protettivo;

 Stabilizzanti: hanno una minima attività di superficie ma agiscono limitando le interazioni

fra le particelle (azione che si realizza nella fase disperdente).

Funzione degli emulsionanti

Gli emulsionanti si pongono all’interfaccia con un meccanismo di abbassamento della tensione

interfacciale. L’emulsionante è una molecola anfifilica: la zona lipofilica crea un ambiente

favorevole alle molecole idrofobiche, mentre l’aria idrofilica è costituita da gruppi polari che

rendono la zona facilmente idratabile. Gli emulsionanti uniti all’acqua formano delle fasi

cristalline che contribuiscono alla stabilizzazione dalla coalescenza. La micella è una

aggregazione di molecole emulsionanti orientata esponendo i gruppi idrofilici.

Funzione degli stabilizzanti

Gli stabilizzanti stabilizzano le emulsioni in un altro modo, ossia creano un ingombro sterico

intorno alle particelle. Un esempio di stabilizzanti sono le gomme (carragenine e xanatano).

Un problema di instabilità si verifica nelle bevande: la formazione dell’anello. Essa è

l’affioramento (creaming) della fase grassa che avviene nelle bevande con una piccola

percentuale di grasso. La soluzione a questo problema sta nel cambiare il tipo di oli vegetali,

utilizzandone alcuni che abbiano una densità più simile a quella della fase acquosa.

Durante la formazione delle emulsioni l’obiettivo è aumentare al massimo l’area di contatto fra

le 2 fasi. Il processo più utilizzato per giungere a questo scopo è l’omogeneizzazione: la fase

dispersa viene rotta in piccole particelle. Sotto una forza di shear molto intensa (per esempio

indotta dalla pressione), si induce una deformazione a diversi stadi fino a frazionarli. I nuovi

omogeneizzatori lavorano ad alte pressioni.

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Di seguito è riportata una tabella con le caratteristiche delle tipiche emulsioni.

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Regolamento CE 1333/2008

Il Regolamento CE 1333/2008 è relativo agli additivi alimentari. Esso sostituisce le direttive e le

decisioni precedenti concernenti gli additivi di cui è autorizzato l’uso negli alimenti al fine di

assicurarne un efficace funzionamento del mercato interno, garantendo al contempo un elevato

livello di tutela della salute umana e protezione del consumatore. In particolare questo

Regolamento armonizza l’uso degli additivi alimentari nella Comunità, e ne garantisce la

sicurezza e la qualità e facilitandone lo stoccaggio e l’uso.

Gli additivi alimentari sono sostanze che abitualmente non sono consumate in quanto tali come

alimenti, ma sono intenzionalmente aggiunte ad alimenti per uno scopo tecnico preciso. L’elenco

delle categorie funzionali degli additivi è in evoluzione e viene sempre aggiornato alla luce del

progresso scientifico e dello sviluppo tecnologico.

Tali sostanze non dovrebbero tuttavia essere considerate additivi alimentari quando sono

utilizzate per dare un aroma o un sapore o per fini nutrizionali. Inoltre le sostanze considerate

alimenti che possono essere utilizzate per una funzione tecnica, come il cloruro di sodio, lo

zafferano utilizzato come colorante, e gli enzimi alimentari non dovrebbero rientrare nell’ambito

di applicazione del presente Regolamento. Tuttavia è molto complicato stabilire se una sostanza

ha una funzione tecnica o meno all’interno della formulazione.

Infine il Regolamento non si applica agli enzimi alimentari, che sono oggetto del Regolamento

CE 1332/2008.

All’interno del Regolamento, gli additivi sono classificati in base alla funzione tecnologica

principale svolta nell’alimento nelle seguenti categorie funzionali:

Edulcoranti Agenti di carica Amidi modificati

▪ ▪ ▪

Coloranti Emulsionanti Gas d’imballaggio

▪ ▪ ▪

Conservanti Sali di fusione Propellenti

▪ ▪ ▪

Antiossidanti Agenti di resistenza Agenti lievitanti

▪ ▪ ▪

Supporti Esaltatori di sapidità Agenti sequestranti

▪ ▪ ▪

Acidificanti Agenti schiumogeni Stabilizzanti

▪ ▪ ▪

Regolatori di acidità Agenti gelificanti Addensanti

▪ ▪ ▪

Antiagglomeranti Agenti di rivestimento Agenti di trattamento

▪ ▪ ▪

Agenti antischiumogeni Agenti umidificanti delle farine

▪ ▪

Emulsionanti

Gli emulsionanti sono gli additivi più utilizzati, per diverse ragioni: essi rendono più invitante un

cibo, hanno un effetto sulla texture di diversi alimenti e aiutano anche a mantenere la qualità e

la freschezza del cibo.

Gli emulsionanti vengono quindi utilizzati in moltissime formulazioni, anche dove non sono

presenti emulsioni macroscopiche. © Laila Pansera - 43

Gli emulsionanti agiscono come un’interfaccia tra componenti contrastanti negli alimenti, come

l’acqua e l’olio, e lo fanno grazie alla loro struttura, che li rende solubili in entrambe le fasi.

Gli emulsionanti proteggono dai fenomeni di instabilità:

Gli emulsionanti agiscono tra le forze repulsive e attrattive nella fase dispersa, consentendo una

maggiore stabilità dell’emulsione. Possono essere molecole:

• Surfattanti (in cui testa e coda si differenziano)

• Polimeri flessibili

• Polimeri globulari (proteine). © Laila Pansera - 44

Gli emulsionanti possono anche stabilizzare una schiuma (emulsione con fase dispersa gassosa

e fase continua acquosa). Essi vengono definiti agenti con attività antischiumogena, e creano un

film sottile di protezione della fase gas.

Il CMC (Critical Micelle Concentration) è un parametro molto importante da tenere sotto

controllo. Esso indica la concentrazione di emulsificante al di sopra della quale l’emulsificante

stesso va a formare delle micelle. In questo modo la protezione offerta da questo additivo diventa

di tipo sterico e non più un film. La concentrazione di emulsionanti che provoca l’aggregazione

delle molecole in micelle varia per ogni emulsionante, ed è anche funzione della temperatura.

Ad alte concentrazioni, i surfattanti possono associarsi per formare delle strutture denominate

strutture liquido-cristalline, o liotropiche, che possono avere diverse forme (lamellari,

esagonali, etc) e hanno la caratteristica di essere anfifiliche, per cui possono essere utilizzante

come ingredienti per contenere delle sostanze particolarmente delicate.

Quindi, gli acidi grassi possono aggregarsi formando micelle, mentre i fosfolipidi possono

aggregarsi in 2 modi: o formano un bistrato, oppure una vescicola, detta liposoma, che funge da

carrier, trasportando al suo interno delle sostanze di interesse (che possono essere lipofiliche o

idrofiliche a seconda dell’orientamento degli strati di fosfolipidi).

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Gli emulsionanti appartengono alla classe E400, tranne la lecitina (E332). Essi hanno poi un

numero in base alla loro somiglianza chimica.

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Gli emulsionanti abbassano la tensione superficiale in modo significativo, e la decrescita della

tensione superficiale è importante fino a quando si arriva alla CMC. Quindi il ruolo di stabilizzare

le emulsioni è pienamente raggiunto prima di arrivare alla CMC.

Quando aggiungo emulsionanti oltre la CMC è perché voglio modificare le caratteristiche della

fase continua.

Scelta dell’emulsionante

Regola di Bancroft

Detto che un’emulsione si forma a seguito di un processo di emulsificazione, la cui efficienza

dipende dai parametri di processo (potere e durata dell’agitazione, caratteristiche di viscosità e

tensione superficiale, etc), il problema è capire qual è la possibilità che si formi un’emulsione

o/w o w/o. Come posso spingere il sistema verso una delle 2 direzioni? Per prima cosa devo

pensare che la fase continua di un’emulsione è la più presente, quindi se la fase dominante è

l’acqua, avremo un’emulsione o/w. Inoltre possiamo agire aggiungendo agenti emulsionanti: la

scelta dell’emulsionante è fondamentale, perché ogni emulsionante ha diverse caratteristiche.

Ogni emulsionante ha inoltre una diversa solubilità nella fase olio o acqua, quindi può controllare

il tipo di emulsione che può essere formata.

La scelta dell’emulsionante va fatta seguendo un criterio importante: la regola di Bancroft. Essa

enuncia che la fase continua di un’emulsione è il liquido nel quale l’emulsionante ha maggiore

solubilità. © Laila Pansera - 47

Indice HLB

L’indice HLB (Hydrophilic/Lipophylic Balance) indica l’anfifilicità relativa di un emulsionante.

È un numero compreso tra 0 e 20. Questo indice è uno dei mezzi usati per seleziona